解析XMPP協(xié)議分析與應用
出處：snakeemail 發(fā)布于：2011-08-31 12:58:59
XMPP是一種基于XML的協(xié)議，它繼承了在XML環(huán)境中靈活的發(fā)展性。因此，基于XMPP的應用具有超強的可擴展性。經過擴展以后的XMPP可以通過發(fā)送擴展的信息來處理用戶的需求，以及在XMPP的頂端建立如內容發(fā)布系統(tǒng)和基于地址的服務等應用程 序。而且，XMPP包含了針對服務器端的軟件協(xié)議，使之能與另一個進行通話，這使得開發(fā)者更容易建立客戶應用程序或給一個配好系統(tǒng)添加功能。XMPP（可擴展消息處理現(xiàn)場協(xié)議）是基于可擴展標記語言（XML）的協(xié)議，它用于即時消息（IM）以及在線現(xiàn)場探測。它在促進服務器之間的準即時操作。這個協(xié)議可能終允許因特網用戶向因特網上的其他任何人發(fā)送即時消息，即使其操作系統(tǒng)和瀏覽器不同。XMPP的前身是Jabber，一個開源形式組織產生的網絡即時通信協(xié)議。XMPP目前被IETF國際標準組織完成了標準化工作。
1 XMPP的地址和數(shù)據(jù)結構
1.1 實體地址
XMPP整體框架如圖1所示。圖中，XMPP框架的各類實體（如XMPP客戶、服務器和網關等）的地址稱為甲吧地址（Jabber Identifier，JID）。JID惟一確定進行即時消息和在線狀態(tài)信息通信的獨立對象或實體，并可兼容其他即時通信系統(tǒng)（如MSN等）相應的實體標識及其在線狀態(tài)信息。其語法規(guī)則為：[節(jié)點″@″] 域名[″/″資源]，其中各個域的長度不能超過1 023 字節(jié)，總長度為3 071字節(jié)。
XMPP中定義了三個角色，客戶端，服務器，網關。通信能夠在這三者的任意兩個之間雙向發(fā)生。服務器同時承擔了客戶端信息記錄，連接管理和信息的路由功能。網關承擔著與異構即時通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通，異構系統(tǒng)可以包括SMS（短信），MSN，ICQ等?；镜木W絡形式是單客戶端通過TCP/IP連接到單服務器，然后在之上傳輸XML。傳輸?shù)氖桥c即時通訊相關的指令。在以前這些命令要么用2進制的形式發(fā)送（比如QQ），要么用純文本指令加空格加參數(shù)加換行苻的方式發(fā)送（比如MSN）。而XMPP傳輸?shù)募磿r通訊指令的邏輯與以往相仿，只是協(xié)議的形式變成了XML格式的純文本。這不但使得解析容易了，人也容易閱讀了，方便了開發(fā)和查錯。而XMPP的部分就是一個在網絡上分片斷發(fā)送XML的流協(xié)議。這個流協(xié)議是XMPP的即時通訊指令的傳遞基礎，也是一個非常重要的可以被進一步利用的網絡基礎協(xié)議。所以可以說，XMPP用TCP傳的是XML流。
域名指定了實體連接的XMPP服務器。每個可用XMPP服務器都擁有一個完整域名，域名可在域名系統(tǒng)（DNS）中查找；節(jié)點可表示某用戶、一類應用或某項服務，所有節(jié)點都對應一個的域名；資源用來識別屬于用戶的特殊對象（如設備或位置），允許一個用戶同時以多個資源與同一XMPP服務器連接。
1.2 XMPP的數(shù)據(jù)結構
由于XMPP是基于XML的協(xié)議，因此用戶可根據(jù)自己的需要定義標記，表述幾乎任何一種結構化數(shù)據(jù)，并可方便地創(chuàng)建定制的應用或增加功能。
1.2.1 三個XML元素
XMPP定義的3個關鍵XML元素為<message/>、<presence/>和<iq/>（info/query），每個元素都可以通過屬性和名字空間包含大量數(shù)據(jù)，其屬性和名字空間都是XMPP的組成部分。
<message/>元素用來包含2個XMPP實體間互相發(fā)送的消息內容；<presence/>元素表示實體可用性信息，可用性信息有“可用”和“不可用”2種；<iq/>元素用來構建2個實體間的會話，并且允許實體間來回傳送XML格式的請求和響應以便取得或設置公共的用戶信息，如名字等。
即時通信中名字沖突問題使用XML的命名空間特性來解決。XML命名空間定義了一種將XML中使用的元素和屬性與統(tǒng)一資源定位符（Uniform Resource Locator，URL）引用聯(lián)系起來對元素和屬性進行定義的方法?！〗y(tǒng)一資源定位符（URL）是用于完整地描述Internet上網頁和其他資源的地址的一種標識方法。Internet上的每一個網頁都具有一個的名稱標識，通常稱之為URL地址，這種地址可以是本地磁盤，也可以是局域網上的某一臺計算機，更多的是Internet上的站點。簡單地說，URL就是Web地址，俗稱“網址”。
1.2.2 XMPP的數(shù)據(jù)結構
從結構上看，XMPP有3種數(shù)據(jù)：XML流、流和XML節(jié)。XML流是實體交換XML元素的容器，以<STream>開始，以</stream>結束，是通信雙方采用異步方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴史椒?，在整個XMPP通信過程中處于外層；XML節(jié)是實體通過XML流傳輸?shù)慕Y構化信息單元，在XML流中以深度為1的子標記開頭，并以深度為1的子標記結束，這些標記為<message/>、<presence/>和<iq/>。
XMPP為XML流扮演通用“傳輸層”的角色。XML流中包含傳輸?shù)男畔⒑同F(xiàn)場消息，XMPP能使數(shù)據(jù)高效路由至合適的請求源，并限度地簡化客戶機上的實現(xiàn)，使跨應用實時交流信息成為可能。
2 工作過程
（1）節(jié)點（如yb、pt）向本地服務器連接。
①XMPP用戶通過開啟一個從客戶端到服務器端的XML流，來申請一個在服務器上的Socket連接。
SEND： <stream：stream
to=′sdpt.com′
xmlns=′jabber：client′
xmlns：stream=′http：//etherx.jabber.org/streams′>
②服務器通過開啟一個從服務器到客戶端的XML流進行回復。
RECV： <stream：stream
from=′sdpt.com′
id=′180763465′
xmlns=′jabber：client′
xmlns：stream=′http：//etherx.jabber.org/streams′>
?。?）節(jié)點向本地服務器申請登錄。
?、儆脩粼儐柕卿浄掌鲿r需提供的信息。
SEND： <iq id=′2′ type=′get′>
<query xmlns=′jabber：iq：auth′>
<username>yb</username>
</query>
</iq>
②服務器回應用戶，告知用戶登錄所需要的信息。
?、塾脩籼峁┧璧男畔ⅰ?/P>
?、芊掌黜憫粋€空的類型為“result”的iq元素，表明登錄成功。
RECV：<iq id=′3′ type=′result′/>
?、輞b用戶發(fā)送當前狀態(tài)給服務器，表明其在線。
SEND： <presence>
<status>Online</status>
</presence>
?。?）用戶獲得花名冊，好友增加一個聯(lián)系人（如yb獲知朋友sd在線）。
?。?）用戶間發(fā)送消息（如yb向sd發(fā)送消息）。
用戶發(fā)送一條消息：
SEND： <message to′sd@jabber.org′>
<body>Where are you?</body>
</message>
服務器會根據(jù)XMPP用戶的會話信息加上一個源地址，這樣接收者收到消息時，消息中已經包含了源地址。
?。?）XMPP服務器根據(jù)目標JID中的域名查找、連接到目標服務器并進行（如sdpt.com使用DNS查找jabber.org，連接到jabber.org服務器上并進行）。
?。?）XMPP服務器jabber.org證實sd連接到該服務器上，yb被授權與sd進行通信。
?。?）數(shù)據(jù)在yb與sd間流動。
?。?）用戶退出，退出時只需要關閉<stream>。
3 安全機制
3.1 簡單和安全層協(xié)商機制
簡單和安全層（Simple Authentication and Security Layer，SASL）可以為基于連接的協(xié)議加入機制，提供KERBEROS_V4、PLAIN和DIGEST-MD5等多種方法。每種機制包含機制名、過程初始化命令、控制命令、特定8位碼和解釋器等信息。
在過程中，服務器完成、授權標識傳送、簡單和安全層協(xié)商3個方面的工作。在XMPP中，SASL處理步驟如下（C：客戶端，S：SASL服務器）：
?。?）C、S之間建立連接。（2）S向C提供機制列表。（3）C在機制列表中選擇一種機制。（4）S向C詢問授權信息。（5）C向S提交授權信息。（6）S向C返回成功或失敗信息。
3.2 回撥
在通信過程中，2個XMPP服務器之間經常需要通信，為避免利用服務器欺騙方式進行信息偽造，XMPP 采用了回撥機制。回撥依靠DNS技術完成，利用回撥機制，一個服務器可以確認與自己建立連接的服務器是否經過合法授權，回撥過程為：（1）源服務器和接收服務器建立連接，并向接收服務器請求。接收服務器回應，并分配會話ID。（2）源服務器向接收服務器發(fā)送密鑰。（3）接收服務器與服務器建立連接。服務器同時為該會話分配一個驗證會話ID。（4）接收服務器把源服務器提交來的密鑰和驗證會話ID 發(fā)送給服務器，請求驗證。（5）服務器驗證密鑰，并給接收服務器返回結果。（6）接收服務器給源服務器返回結果。
3.3 加 密
雖然SASL提供了先進的機制，通信雙方必須經過特定的授權才能進行正常通信，但是登錄信息一般都是密碼和用戶名等重要信息，它們大多采用明文方式傳送，因此很容易被竊聽。為解決該問題，XMPP采用基于傳輸層安全協(xié)議的“STARTTLS”擴展來為通信雙方提供機密性和數(shù)據(jù)完整性服務。TLS 協(xié)議包括兩個協(xié)議組―― TLS 記錄協(xié)議和 TLS 握手協(xié)議――每組具有很多不同格式的信息。TLS 記錄協(xié)議是一種分層協(xié)議。每一層中的信息可能包含長度、描述和內容等字段。記錄協(xié)議支持信息傳輸、將數(shù)據(jù)分段到可處理塊、壓縮數(shù)據(jù)、應用 MAC 、加密以及傳輸結果等。對接收到的數(shù)據(jù)進行解密、校驗、解壓縮、重組等，然后將它們傳送到高層客戶機。TLS 連接狀態(tài)指的是TLS 記錄協(xié)議的操作環(huán)境。它規(guī)定了壓縮算法、加密算法和 MAC 算法。TLS 記錄層從高層接收任意大小無空塊的連續(xù)數(shù)據(jù)。密鑰計算：記錄協(xié)議通過算法從握手協(xié)議提供的安全參數(shù)中產生密鑰、 IV 和 MAC 密鑰。TLS 握手協(xié)議由三個子協(xié)議組構成，允許對等雙方在記錄層的安全參數(shù)上達成一致、自我、例示協(xié)商安全參數(shù)、互相出錯條件。
TLS協(xié)議框架主要有2個層次的協(xié)議：TLS握手協(xié)議和TLS記錄協(xié)議。TLS握手協(xié)議用來讓服務器與客戶在傳輸應用層數(shù)據(jù)之前交換TLS協(xié)議版本信息、協(xié)商加密算法、進行（相互）身份并交換密鑰。TLS記錄協(xié)議用來將應用層提供的信息進行分組、壓縮、數(shù)據(jù)完整性檢查和加密。數(shù)據(jù)完整性檢查通過比較傳輸前后使用安全散列函數(shù)（如SHA和MD5 等）計算出來的數(shù)據(jù)的MAC值是否一致來完成。數(shù)據(jù)加密采用對稱密碼算法（如R4和DES等）。對數(shù)據(jù)進行完整性檢查和加密的密鑰由TLS握手協(xié)議來協(xié)商。
XMPP中采用的STARTTLS擴展處理流程如下（C：客戶端，S：TLS服務器）：
（1）C、S之間建立XML流會話連接。
?。?）S 向C 發(fā)送STARTTLS擴展服務需求及支持的其他機制列表，代碼實例如下：
<stream：features>
<starttls xmlns=′urn：ietf：params：xml：ns：xmpp-tls′>
<required/>
</starttls>
<mechanisms xmlns=′urn：ietf：params：xml：ns：xmppsasl′>
<mechanism>DIGEST-MD5</mechanism>
<mechanism>PLAIN</mechanism>
</mechanisms>
</stream：features>
?。?）C發(fā)送STARTTLS命令給S。
?。?）C、S中TLS握手協(xié)議開始協(xié)商相關加密算法及密鑰。
?。?）若TLS握手協(xié)議協(xié)商成功，則關閉當前XML流會話，C發(fā)起一個新的XML流會話，所有傳送的信息均被TLS記錄協(xié)議加密。TLS握手協(xié)議協(xié)商不成功則發(fā)出警告信息。
（6）S向C回復新XML流會話。
4 客戶端程序設計中的關鍵問題
由于網絡中已存在大量的XMPP服務器，在一般的應用開發(fā)中，只要設計自定功能的客戶端程序即可，并可以選用Smack庫來加速開發(fā)。
?。?）創(chuàng)建一個XMPP連接。因為XMPP使用TCP協(xié)議，所以首先必須創(chuàng)建一個網絡連接，XMPPConnection就是Smack庫用來創(chuàng)建與XMPP服務器連接的類，創(chuàng)建一個XMPP連接的代碼如下：
XMPPConnection connection=new XMPPConnection（″jab-
ber.org″）；
如要創(chuàng)建加密連接，可以使用SSLXMPPConnection類：
XMPPConnection connection=new SSLXMPPConnection（″jabber.org″）；
?。?）登錄。TCP連接創(chuàng)建后，需要使用用戶名和密碼登錄到XMPP服務器，登錄程序可以使用XMPPConnection.login（String username，String password）方法。登錄后就可以和其他人聊天。
connection.login（″yb″，″password″）；//connection為已創(chuàng)建的XMPP連接，下同
connection.createChat（″yb@sdpt.com″）。sendMessage
?。ā錒ello!″）；
?。?）操作名冊。每個用戶都包括：一個XMPP地址（如mailto:%E2%80%9Cyb@sdpt.com”）、名稱或昵稱（如″yb″），及其所屬列表（如好友、同事等）。名冊能夠跟蹤好友或某用戶組是否在線及其狀態(tài)信息，登錄后，可以使用Roster類來取得好友或某用戶組的狀態(tài)，代碼如下：
Roster roster=con.getRoster（ ）；
for （Iterator i=roster.getEntries（ ）；i.hasNext（ ）； ） {
System.out.println（i.next（ ））；}
名冊信息通常是隨時變化的，可能需要增加或刪除。要監(jiān)聽名單及其在線狀態(tài)的改變，可以使用RosterListener。
?。?）發(fā)送和接收消息。發(fā)送接收消息可以使用Chat和GroupChat類。下面介紹如何使用Chat發(fā)送文本消息，GroupChat的使用方法類似。
Chat newChat=connection.createChat（″yb@sdpt.com″）；//創(chuàng)建新Chat
newChat.sendMessage（″Hello!″）；//發(fā)送消息″Hello!″
利用Chat.sendMessage（ ）方法可以方便地創(chuàng)建一個消息對象，它的參數(shù)就是消息內容，執(zhí)行后消息會發(fā)送出去。
Chat newChat=connection.createChat（″yb@sdpt.com″）；
newMessage.setBody（″Hi， I′m waiting for you.″）；
while （true） {
Message message=newChat.nextMessage（ ）；//等待對方發(fā)送消息
newChat.sendMessage（message.getBody（））；//把對方
}//發(fā)送來的消息發(fā)回去
?。?）修改狀態(tài)。要修改狀態(tài)可以用presence.Type.UNAV-ILABLE作為參數(shù)創(chuàng)建一個presence，狀態(tài)將改變?yōu)椴辉诰€狀態(tài)。
Presence presence=new Presence（Presence.Type.UNAVAILABLE）；
presence.setStatus（″Gone skating″）；
5 結束語
目前，有20萬個即時通信平臺支持XMPP，有1 000萬人在使用。簡單的接口、開放的協(xié)議、互聯(lián)的架構、權威的標準再加上堅實的用戶基礎是XMPP的優(yōu)勢。
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